(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１及び第２の光軸方向端部を有し、レーザ媒質ガスが封入される筐体、
互いに対向する一対の第１の放電電極と、光軸に対して垂直方向に位置し、ガス流方向において上記第１の放電電極よりも下流側に設けられ、上記レーザ媒質ガスが光軸と垂直方向に流れる流路を形成する第１のダクトとを有し、上記筐体内に設けられている第１の発振部、
互いに対向する一対の第２の放電電極と、光軸に対して垂直方向に位置し、ガス流方向において上記第２の放電電極よりも下流側で上記筐体内光軸に対して上記第１の発振部の反対側に設けられ、上記レーザ媒質ガスが光軸と垂直方向に流れる流路を形成する第２のダクトとを有し、上記第１の発振部に対して光軸方向に並べて上記筐体内に設けられている第２の発振部、
上記第１及び第２の光軸方向端部の近傍に設けられ、上記第１及び第２の発振部で発生された光を反射して上記筐体内で往復させる複数の鏡、及び
上記第１及び第２の光軸方向端部の近傍に設けられ、レーザビームの形状を規定するためのアパーチャがそれぞれ設けられている複数のアパーチャ部材
を備え、
上記第１の光軸方向端部には、第１の筐体内確認用窓が設けられており、
上記第２の光軸方向端部には、第２の筐体内確認用窓が設けられており、
上記第１及び第２の筐体内確認用窓とそれらとは光軸方向の反対側に配置された上記アパーチャ部材との間に位置する上記第１及び第２のダクトの光軸方向の端部には、第１及び第２の透明部材が設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
互いに対向する第１及び第２の光軸方向端部と、互いに対向する第１及び第２の筐体側面部とを有し、レーザ媒質ガスが封入される筐体、
互いに対向する一対の第１の放電電極と、光軸に対して垂直方向に位置し、ガス流方向において上記第１の放電電極よりも下流側に設けられ、上記レーザ媒質ガスが光軸と垂直方向に流れる流路を形成する第１のダクトとを有し、上記筐体内に設けられている第１の発振部、
互いに対向する一対の第２の放電電極と、光軸に対して垂直方向に位置し、ガス流方向において上記第２の放電電極よりも下流側で上記筐体内光軸に対して上記第１の発振部の反対側に設けられ、上記レーザ媒質ガスが光軸と垂直方向に流れる流路を形成する第２のダクトとを有し、上記第１の発振部に対して光軸方向に並べて上記筐体内に設けられている第２の発振部、
上記第１及び第２の光軸方向端部の近傍に設けられ、上記第１及び第２の発振部で発生された光を反射して上記筐体内で往復させる複数の鏡、及び
上記第１及び第２の光軸方向端部の近傍に設けられ、レーザビームの形状を規定するためのアパーチャがそれぞれ設けられている複数のアパーチャ部材
を備え、
上記第１の筐体側面部の上記第１及び第２の発振部間に対向する部分には、第１の筐体内確認用窓が設けられており、
上記第２の筐体側面部の上記第１及び第２の発振部間に対向する部分には、第２の筐体内確認用窓が設けられており、
上記筐体内には、上記第１の筐体内確認用窓と上記第１のダクトの光軸方向の端部とに斜めに対向する第１の観察用鏡と、上記第２の筐体内確認用窓と上記第２のダクトの光軸方向の端部とに斜めに対向する第２の観察用鏡とが設けられており、
上記第１の観察用鏡に対向する上記第１のダクトの端部には、第１の透明部材が設けられており、
上記第２の観察用鏡に対向する上記第２のダクトの端部には、第２の透明部材が設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３】
請求項１に記載されたレーザ発振器を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項２に記載されたレーザ発振器を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば三軸直交型ＣＯ２レーザ発振器等のレーザ発振器、及びそのレーザ発振器を用いたレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ発振器では、筐体内に２組の発振部が設置されている。これらの発振部は、ガス流方向の温度分布に伴う光軸の曲がりを抑制するため、レーザ媒質ガスの流れが互いに逆向きとなるように配置されている。また、筐体の光軸方向両端部には、複数の全反射鏡及び部分反射鏡が設けられている。発振部で発生された光は、これらの鏡で繰り返し反射され筐体内を往復することによりレーザ発振し、部分反射鏡から出力される。さらに、各鏡の前には、レーザビームの形状を規定するためのアパーチャが設けられたアパーチャ板が配置されている。
【０００３】
各鏡の角度を調整する際には、部分反射鏡から可視光レーザを入力し、アパーチャに対する可視光レーザの位置を観察する。即ち、可視光レーザの中心がアパーチャの中心と一致するように鏡の角度を調整する。このため、筐体の光軸方向両端部には、可視光レーザを観察するための筐体内確認用窓が設けられている。
【０００４】
また、２組の発振部のレーザ媒質ガスの流れが互いに逆向きとなっているレーザ発振器では、レーザ媒質ガスを案内するダクトが、筐体内確認用窓とそれに対向するアパーチャ板との間に位置しているため、ダクトの端面に観察用鏡が設けられており、筐体内確認用窓から観察用鏡を介して、その筐体内確認用窓と同じ側に位置するアパーチャ板を観察するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３８６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来のレーザ発振器では、筐体内確認用窓から同じ側のアパーチャ板を観察しつつ、その筐体内確認用窓とは反対側に位置する鏡の角度を調整する必要があるため、一人で作業を行う場合、時間がかかる上、誤差が生じ易い。また、２人の作業者で調整を行う場合、人件費がかかる上、鏡を調整する量とそれに伴って可視光レーザが動く量との対応が把握しにくく、この場合も誤差を生じ易い。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ガス流方向の温度分布に伴う光軸の曲がりを抑制しつつ、鏡の角度調整を容易に精度良く行うことができるレーザ発振器、及びそのレーザ発振器を用いたレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーザ発振器は、互いに対向する第１及び第２の光軸方向端部を有し、レーザ媒質ガスが封入される筐体、互いに対向する一対の第１の放電電極と、光軸の一側に設けられレーザ媒質ガスの流路を形成する第１のダクトとを有し、筐体内に設けられている第１の発振部、互いに対向する一対の第２の放電電極と、光軸の他側に設けられレーザ媒質ガスの流路を形成する第２のダクトとを有し、第１の発振部に対して光軸方向に並べて筐体内に設けられている第２の発振部、第１及び第２の光軸方向端部の近傍に設けられ、第１及び第２の発振部で発生された光を反射して筐体内で往復させる複数の鏡、及び第１及び第２の光軸方向端部の近傍に設けられ、レーザビームの形状を規定するためのアパーチャがそれぞれ設けられている複数のアパーチャ部材を備え、第１の光軸方向端部には、第１の筐体内確認用窓が設けられており、第２の光軸方向端部には、第２の筐体内確認用窓が設けられており、第１及び第２の筐体内確認用窓とそれらとは光軸方向の反対側に配置されたアパーチャ部材との間に位置する第１及び第２のダクトの光軸方向の端部には、第１及び第２の透明部材が設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のレーザ発振器は、第１及び第２の筐体内確認用窓とそれらに対して光軸方向の反対側に配置されたアパーチャ部材との間に位置する第１及び第２のダクトの光軸方向の端部に、第１及び第２の透明部材を設けたので、第１及び第２の発振部におけるレーザ媒質ガスの流れを互いに対向させた方式であっても、筐体内を確認する位置と鏡を調整する位置とを近くすることができ、従って、ガス流方向の温度分布に伴う光軸の曲がりを抑制しつつ、鏡の角度調整を容易に精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による三軸直交型ＣＯ２レーザ発振器を光軸に対して横から見た構成図、図２は図１のレーザ発振器を光軸に対して上から見た構成図、図３は図１のレーザ発振器を光軸方向から見た構成図である。
【００１１】
図において、筐体１内には、レーザ媒質ガスが封入される。また、筐体１は、第１の光軸方向端部１ａと、第１の光軸方向端部１ａに対向する第２の光軸方向端部１ｂと、第１の筐体側面部１ｃと、第１の筐体側面部１ｃに対向する第２の筐体側面部１ｄとを有している。第１及び第２の光軸方向端部１ａ，１ｂには、外部から筐体１内を目視確認するための第１及び第２の筐体内確認用窓２，３が取り付けられている。
【００１２】
筐体１内には、レーザ媒質ガスを励起させて光を発生させる第１及び第２の発振部４，５が収容されている。これら第１及び第２の発振部４，５は、光軸方向に並べて配置されている。
【００１３】
第１の発振部４は、上下方向に互いに対向する一対の第１の放電電極６と、レーザ媒質ガスを第１の放電電極６間に循環させるための一対の第１のブロア７と、光軸２０ａ〜２０ｃの一側（図２の上側）に設けられレーザ媒質ガスの流路を形成する金属製の第１のダクト８と、第１のダクト８の出口と第１のブロア７との間に設けられ、第１の放電電極６間で加熱されたレーザ媒質ガスを冷却する第１の熱交換器９とを有している。
【００１４】
第２の発振部５は、上下方向に互いに対向する一対の第２の放電電極１０と、レーザ媒質ガスを第２の放電電極１０間に循環させるための一対の第２のブロア１１と、光軸２０ａ〜２０ｃの他側（図２の下側）に設けられレーザ媒質ガスの流路を形成する金属製の第２のダクト１２と、第２のダクト１２の出口と第２のブロア１１との間に設けられ、第２の放電電極１０間で加熱されたレーザ媒質ガスを冷却する第２の熱交換器（図示せず）とを有している。
【００１５】
第１及び第２の発振部４，５は、互いに同一の構成を有しており、逆向きに設置されている。これにより、第１及び第２の発振部４，５では、レーザ媒質ガスの流れの方向が互いに逆向きになっている。
【００１６】
筐体１外の第１及び第２の光軸方向端部１ａ，１ｂ近傍には、第１及び第２の発振部４，５で発生された光を反射して筐体１内で往復させる複数の鏡、即ち共振器ミラーが設けられている。これらの共振器ミラーには、第１の光軸方向端部１ａ近傍に設けられた第１の全反射鏡１３、第２の光軸方向端部１ｂ近傍に設けられた第２及び第３の全反射鏡１４，１５、及び第１の光軸方向端部１ａ近傍に設けられた部分反射鏡１６が含まれている。
【００１７】
第１及び第２の発振部４，５で発生された光は、これらの鏡１３〜１６で繰り返し反射され、Ｚ字形の共振光路に沿って筐体１内を往復することによりレーザ発振し、部分反射鏡１６から出力される。
【００１８】
筐体１内で発生された光の経路には、第１及び第２のアパーチャ部材１７，１８が設けられている。具体的には、第１のアパーチャ部材１７は、筐体１内の第１の光軸方向端部１ａ近傍で第１の全反射鏡１３及び部分反射鏡１６の前方に設けられている。また、第２のアパーチャ部材１８は、筐体１内の第２の光軸方向端部１ｂ近傍で第２及び第３の全反射鏡１４，１５の前方に設けられている。
【００１９】
第１のアパーチャ部材１７には、レーザビームの形状を規定するための２つの円形のアパーチャ１７ａ，１７ｂが上下に並べて設けられている。同様に、第２のアパーチャ部材１８にも、２つの円形のアパーチャ１８ａ，１８ｂが上下に並べて設けられている。
【００２０】
第１の筐体内確認用窓２は、光軸２０ａ〜２０ｃに対して第２のダクト１２と同じ側に配置されている。第１の筐体内確認用窓２とそれとは光軸方向の反対側に配置された第２のアパーチャ部材１８との間に位置する第２のダクト１２の光軸方向の端部には、第１の開口が設けられており、この第１の開口には第１の透明部材２１が設けられている。第１の筐体内確認用窓２から筐体１内を目視すると、図２の矢印２３に示すように、第１の透明部材２１を通して第２のアパーチャ部材１８を観察することができる。
【００２１】
第２の筐体内確認用窓３は、光軸２０ａ〜２０ｃに対して第１のダクト８と同じ側に配置されている。第２の筐体内確認用窓３とそれとは光軸方向の反対側に配置された第１のアパーチャ部材１７との間に位置する第１のダクト８の光軸方向の端部には、第２の開口が設けられており、この第２の開口には第２の透明部材２２が設けられている。第２の筐体内確認用窓３から筐体１内を目視すると、図２の矢印２４に示すように、第２の透明部材２２を通して第１のアパーチャ部材１７を観察することができる。
【００２２】
第１及び第２の透明部材２１，２２は、例えば石英ガラス、ソーダガラス、アクリル又はポリカーボネートにより構成されている。
【００２３】
次に、上記のようなレーザ発振器における共振器ミラーの角度調整方法について説明する。図４は図１のレーザ発振器の共振器ミラーの角度調整中の状態を光軸に対して横から見た構成図、図５は図４のレーザ発振器を光軸に対して上から見た構成図である。
【００２４】
共振器ミラーの角度調整を行う場合、可視光レーザ光源２５を部分反射鏡１６に対向して配置する。そして、例えばＨｅＮｅレーザ等の可視光レーザビーム２６を、部分反射鏡１６から筐体１内に入射し、第１のアパーチャ部材１７の下側のアパーチャ１７ｂを通過させ、第２のアパーチャ部材１８の下側のアパーチャ１８ｂに照射する。このとき、可視光レーザビーム２６に拡がりを持たせ、図６に示すように、可視光レーザビーム２６の径がアパーチャ１８ｂの径よりも少し大きくなるようにする。
【００２５】
この状態で、第１の筐体内確認用窓２から第２のアパーチャ部材１８を観察し、アパーチャ１８ｂと可視光レーザビーム２６の輪郭とが同心円となるように、可視光レーザ光源２５の位置及び角度を調整する。これにより、可視光レーザビーム２６の光軸が図１の光軸２０ａと一致する。
【００２６】
次に、アパーチャ１８ｂを通過し第３の全反射鏡１５で反射された可視光レーザビーム２６を、第１のアパーチャ部材１７の上側のアパーチャ１７ａに照射する。このときも、可視光レーザビーム２６が拡がりを持っているため、図７に示すように、可視光レーザビーム２６の径がアパーチャ１７ａの径よりも少し大きくなる。
【００２７】
この状態で、第２の筐体内確認用窓３から第１のアパーチャ部材１７を観察し、アパーチャ１７ａと可視光レーザビーム２６の輪郭とが同心円となるように、第３の全反射鏡１５の角度を調整する。これにより、可視光レーザビーム２６の光軸が図１の光軸２０ｂと一致する。
【００２８】
次に、アパーチャ１７ａを通過し第１の全反射鏡１３で反射された可視光レーザビーム２６を、第２のアパーチャ部材１８の上側のアパーチャ１８ａに照射する。そして、第１の筐体内確認用窓２から第２のアパーチャ部材１８を観察し、アパーチャ１８ａと可視光レーザビーム２６の輪郭とが同心円となるように、第１の全反射鏡１３の角度を調整する。これにより、可視光レーザビーム２６の光軸が図１の光軸２０ｃと一致する。
【００２９】
この後、第２の全反射鏡１４の角度を調整し、第２の全反射鏡１４からの反射光が可視光レーザ光源２５の出射部に戻るようにする。このようにして、共振器ミラーのうちの全反射鏡１３〜１５の角度が調整される。部分反射鏡１６の角度は、レーザ発振をさせ、出力が最も高くなるように調整する。
【００３０】
このようなレーザ発振器では、第１及び第２の筐体内確認用窓２，３とそれらに対向するアパーチャ部材１８，１７との間に位置する第１及び第２のダクト８，１２の光軸方向の端部に、第１及び第２の透明部材２１，２２を設けたので、第１及び第２の発振部４，５におけるレーザ媒質ガスの流れを互いに対向させた方式であるにも拘わらず、筐体１内を確認する位置と全反射鏡１３〜１５を調整する位置とを近くすることができる。
【００３１】
従って、作業者は、アパーチャ１８ｂ，１７ａ，１８ａに照射された可視光レーザビーム２６の輪郭を確認しながら可視光レーザ光源２５及び全反射鏡１３〜１５の調整を１人で行うことができる。即ち、第１及び第２のダクト８，１２の機能を保ったまま、ガス流方向の温度分布に伴う光軸の曲がりを抑制しつつ、全反射鏡１３〜１５の角度調整を容易に精度良く行うことができる。
【００３２】
実施の形態２．
次に、図８はこの発明の実施の形態２による三軸直交型ＣＯ２レーザ発振器を光軸に対して横から見た構成図、図９は図８のレーザ発振器を光軸に対して上から見た構成図である。
【００３３】
図において、第１の筐体側面部１ｃの第１及び第２の発振部４，５間に対向する部分には、第１の筐体内確認用窓３１が設けられている。第２の筐体側面部１ｄの第１及び第２の発振部４，５間に対向する部分には、第２の筐体内確認用窓３２が設けられている。
【００３４】
筐体１内には、第１の筐体内確認用窓３１と第１のダクト８の光軸方向の端部とに斜めに対向する第１の観察用鏡３３と、第２の筐体内確認用窓３２と第２のダクト１２の光軸方向の端部とに斜めに対向する第２の観察用鏡３４とが設けられている。
【００３５】
第１の観察用鏡３３に対向する第１のダクト８の端部には、第１の透明部材３５が設けられている。第２の観察用鏡３４に対向する第２のダクト１２の端部には、第２の透明部材３６が設けられている。
【００３６】
第１の筐体内確認用窓３１から筐体１内を目視すると、図９の矢印３７に示すように、第１の観察用鏡３３及び第１の透明部材３５を通して第１のアパーチャ部材１７を観察することができる。また、第２の筐体内確認用窓３２から筐体１内を目視すると、図９の矢印３８に示すように、第２の観察用鏡３４及び第２の透明部材３６を通して第２のアパーチャ部材１８を観察することができる。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３７】
図１０は図８のレーザ発振器の共振器ミラーの角度調整中の状態を光軸に対して上から見た構成図である。実施の形態２の共振器ミラーの角度調整方法では、アパーチャ部材１７，１８の観察を行う位置が実施の形態１と異なっている。
【００３８】
即ち、可視光レーザ光源２５により、第２のアパーチャ部材１８に照射された可視光レーザビーム２６は、矢印３８に沿って、第２の筐体内確認用窓３２から第２の観察用鏡３４及び第２の透明部材３６を介して観察する。また、第１のアパーチャ部材１７に照射された可視光レーザビーム２６は、矢印３７に沿って、第１の筐体内確認用窓３１の外側から第１の観察用鏡３３及び第１の透明部材３５を介して観察する。
【００３９】
この場合、共振器ミラーの角度調整とアパーチャ部材１７，１８の確認とを同時に行うことはできない。しかし、アパーチャ部材１７，１８を確認する位置とアパーチャ板１７，１８と間の距離が短いため、アパーチャ部材１７，１８をよりはっきり確認でき、共振器ミラーの角度を精度良く調整できる。即ち、ガス流方向の温度分布に伴う光軸の曲がりを抑制しつつ、全反射鏡１３〜１５の角度調整を容易に精度良く行うことができる。
【００４０】
なお、実施の形態１、２に示したようなレーザ発振器は、部分反射鏡１６から出射されたレーザ光を被加工物に照射して加工を行うレーザ加工装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施の形態１による三軸直交型ＣＯ２レーザ発振器を光軸に対して横から見た構成図である。
【図２】図１のレーザ発振器を光軸に対して上から見た構成図である。
【図３】図１のレーザ発振器を光軸方向から見た構成図である。
【図４】図１のレーザ発振器の共振器ミラーの角度調整中の状態を光軸に対して横から見た構成図である。
【図５】図４のレーザ発振器を光軸に対して上から見た構成図である。
【図６】図４の第２のアパーチャ部材の下側のアパーチャに可視光レーザビームが照射された状態を示す正面図である。
【図７】図４の第１のアパーチャ部材の上側のアパーチャに可視光レーザビームが照射された状態を示す正面図である。
【図８】この発明の実施の形態２による三軸直交型ＣＯ２レーザ発振器を光軸に対して横から見た構成図である。
【図９】図８のレーザ発振器を光軸に対して上から見た構成図である。
【図１０】図８のレーザ発振器の共振器ミラーの角度調整中の状態を光軸に対して上から見た構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  筐体、１ａ  第１の光軸方向端部、１ｂ  第２の光軸方向端部、１ｃ  第１の筐体側面部、１ｄ  第２の筐体側面部、２，３１  第１の筐体内確認用窓、３，３２  第２の筐体内確認用窓、４  第１の発振部、５  第２の発振部、６  第１の放電電極、８  第１のダクト、１０  第２の放電電極、１２  第２のダクト、１３  第１の全反射鏡、１４  第２の全反射鏡、１５  第３の全反射鏡、１６  部分反射鏡、１７  第１のアパーチャ部材、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ  アパーチャ、１８  第２のアパーチャ部材、２１，３５  第１の透明部材、２２，３６  第２の透明部材、３３  第１の観察用鏡、３４  第２の観察用鏡。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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